(57)【要約】【課題】コンクリートガラを処理するに際しコンクリート構造物の重量の低減化の要求に応える、軽量骨材を得ること、軽量骨材の原料となる膨張性頁岩の資源を用いずに、コンクリートガラからの軽量骨材を実用的な歩留まりで製造する方法を提供することを目的とする。【解決手段】  画像解析で炭質物を０．０１〜３０面積％含有する砂岩又は頁岩の含有率が３０〜９０体積％であるコンクリートガラを、粒径が、２０〜１００ｍｍとなるよう粗粉砕し、さらに１０００〜１３００℃で加熱し、冷却後、すりもみ機ですりもみして、０．５ｍｍ以下の微粉末を篩処理で取り除くことを特徴とする軽量骨材、を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像解析で炭質物を０．０１〜３０面積％含有する砂岩、又は頁岩の含有率が３０〜９０体積％であるコンクリートガラを、粒径が、２０〜１００ｍｍとなるよう粗粉砕し、さらに１０００〜１３００℃で加熱し、冷却後、すりもみ機ですりもみして、０．５ｍｍ以下の微粉末を篩処理で取り除くことを特徴とする軽量骨材。
【請求項２】
画像解析で炭質物を０．０１〜３０面積％含有する砂岩、又は頁岩の含有率が３０〜９０体積％であるコンクリートガラを、粒径が、２０〜３００ｍｍとなるよう粗粉砕し、さらに１１００〜１３００℃で加熱し、冷却後、すりもみ機ですりもみして、０．５ｍｍ以下の微粉末を篩処理で取り除く篩処理をし、その処理物の、粒径が０．５ｍｍを超え５ｍｍ以下、比重が０．６以上１．７以下である歩留まりが１５重量％以上であることを特徴とする軽量骨材の製造方法。
【請求項３】
画像解析で炭質物を０．０１〜３０面積％含有する砂岩、又は頁岩の含有率が３０〜９０体積％であるコンクリートガラを、粒径が、２０〜３００ｍｍとなるよう粗粉砕し、さらに１０００〜１３００℃で加熱し、冷却後、すりもみ機ですりもみして、０．５ｍｍ以下の微粉末を篩処理で取り除く篩処理をし、その処理物の、粒径が５ｍｍを超え２５ｍｍ以下、比重が０．４以上１．３以下である歩留まりが１５重量％以上であることを特徴とする軽量骨材の製造方法。
【請求項４】
画像解析で炭質物を０．０１〜３０面積％含有する砂岩、又は頁岩の含有率が３０〜９０体積％であるコンクリートガラを、粒径が、２０〜３００ｍｍとなるよう粗粉砕し、さらに１１００〜１３００℃で加熱し、冷却後、すりもみ機ですりもみして、０．５ｍｍ以下の微粉末を篩処理で取り除く篩処理をし、その処理物の、粒径が５ｍｍを超え２５ｍｍ以下、比重が０．４以上１．３以下である歩留まりが１５重量％以上であり、粒径が０．５ｍｍを超え５ｍｍ以下、比重が０．６以上１．７以下である歩留まりが１５重量％以上である骨材を同時に製造することを特徴とする軽量骨材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の解体により発生する廃棄物であるコンクリートガラを原料とする軽量骨材に関する。
【背景技術】
【０００２】
２００２年の建設リサイクル法の施行により建築廃棄物のリサイクル率は向上し、特に廃コンクリートから製造委される再生骨材のリサイクル率は１００％近くまで改善された。しかし、再生骨材の主な利用先は路盤材であり、今後、１９７０年代の建築物の建替えによる廃コンクリートの発生増と道路工事の減少による再生骨材の需給バランスのミスマッチが予測される。そのため、廃コンクリートの新たなリサイクルシステムが必要となってきた。
【０００３】
コンクリートガラからの骨材の再生は、コンクリートガラを機械的にすりもむことで粗骨材と細骨材と微粉とに分離して回収することが基本である。その際、すりもみを粗すりもみと細すりもみの２段階にわたって行うことで、まず粗骨材を分離回収し、次いで細骨材と微粉とを分離回収することが効率的であると考えられていた。
【０００４】
また、コンクリートガラからの骨材の再生には、一般にインペラブレーカーやジョークラッシャー、インパクトクラッシャーなどが用いられ、これらの乾式の粉砕装置による破砕・磨砕、振動篩いや風篩いによる篩い分けと、磁力選別機による鉄筋などの除去を組合せることにより行われていた。
【０００５】
しかしながら、コンクリートガラをこのように処理したものは骨材にモルタル分（硬化セメントペースト）が付着しており、このようなモルタル分のため再生骨材の吸水率が高くなり、コンクリート用の骨材として用いた場合、凍結融解特性に悪影響を与える。このため、なかなか路盤材以外のリサイクル先が制限される一つの要因となっている。
【０００６】
こうした問題に対し、コンクリートガラを大量の水とともにすりもむという方法（湿式すりもみ方法）が用いられている。湿式すりもみ方法は、４０ｍｍ程度の大きさに破砕したコンクリートガラを、大量の水とともに粗すりもみ装置ですりもむことで、まず５ｍｍ以上の大きさの粗骨材を分離回収し、残余の破砕物をさらに大量の水とともに２段目の細すりもみ装置で５ｍｍ以下の細骨材とそれよりも小さい微粉とに分離して回収するものである。上記従来の湿式すりもみ方法は、比較的安価に大量処理が可能であるが、粗骨材や細骨材の再生効率（回収効率）があまり良くなく、また大量の水を用いることから水処理が必要となる。
【０００７】
こうした再生効率、水処理の問題に対して、残余破砕物を加熱、すりもみする方法が提案されている。これは、コンクリートガラから骨材を再生する方法として、処理対象のコンクリートガラを乾式摩砕装置によって破砕し、破砕物から粗骨材をふるい分けして分離回収した後、残余の破砕物を加熱し、加熱した破砕物をすりもみ装置によって細骨材と微粉とに分離し、それら細骨材と微粉とを篩い分けして分離回収する方法である（特許文献１）。
【０００８】
また、コンクリートガラからモルタル分の付着量の少ない骨材を得る他の方法としては、加熱とすりもみ媒体を用いる方法が提案されている。これは、コンクリートガラを１００〜８００℃の範囲で加熱する加熱手段と、加熱手段によって加熱されたコンクリートガラをすりもみ媒体を用いてすりもみするすりもみ手段と、すりもみされたコンクリートガラを分級する分級手段とを備えたコンクリートガラの再生装置を用いるものである（特許文献２）。これら提案されている方法は、コンクリートガラから、その中に使用されている骨材を、効率よく取出す技術に関するものである。
【０００９】
一方、近年ビルのコンクリート構造物の高層化に伴い、コンクリート構造物の重量の低減化の要求、および、輸送コストの削減の観点から、軽量骨材の需要は根強い。軽量骨材の原料としては、膨張性頁岩、粘板岩が用いられている。これらの原料を粒度調整をしたり、造粒したものを、高温で加熱すると、発泡して軽量化し、軽量骨材を得ることができる。こうして得られる軽量骨材の比重は、１．８以下である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３６２９５１号公報
【特許文献２】特許平１０−０５９７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１、２に記載の方法では、コンクリートガラを処理するに際しモルタル分の付着量の少ない粗骨材、細骨材を得ることができる。しかしながら、その骨材は通常の骨材であり、ビルのコンクリート構造物の高層化に伴う、コンクリート構造物の重量の低減化の要求に応える、軽量骨材を得ることはできなかった。
【００１２】
また、軽量骨材の原料となる膨張性頁岩の資源の枯渇に対する危機感が高まっていることから、膨張性頁岩の資源を用いずに軽量骨材を製造することがのぞましい。そこで本発明は、コンクリートガラを効率的かつ高度に有効利用するために、コンクリートガラからの軽量骨材を実用的な歩留まりで製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、特定のコンクリートガラを所定の条件下で加熱することにより、歩留まり良く軽量骨材が製造できることを見出し、本発明を完成した。
【００１４】
すなわち、本発明は、下記［１］〜［４］を提供するものである。
［１］画像解析で炭質物を０．０１〜３０面積％含有する砂岩、又は頁岩の含有率が３０〜９０体積％であるコンクリートガラを、粒径が、２０〜３００ｍｍとなるよう粗粉砕し、さらに１０００〜１３００℃で加熱し、冷却後、すりもみ機ですりもみして、０．５ｍｍ以下の微粉末を篩処理で取り除くことを特徴とする軽量骨材、を提供する。
［２］画像解析で炭質物を０．０１〜３０面積％含有する砂岩、又は頁岩の含有率が３０〜９０体積％であるコンクリートガラを、粒径が、２０〜１００ｍｍとなるよう粗粉砕し、さらに１０００〜１３００℃で加熱し、冷却後、すりもみ機ですりもみして、０．５ｍｍ以下の微粉末を篩処理で取り除く篩処理をし、その処理物の、粒径が０．５ｍｍを超え５ｍｍ以下、比重が０．６以上１．７以下である歩留まりが１５重量％以上であることを特徴とする軽量骨材の製造方法、を提供する。
［３］画像解析で炭質物を０．０１〜３０面積％含有する砂岩、又は頁岩の含有率が３０〜９０体積％であるコンクリートガラを、粒径が、２０〜３００ｍｍとなるよう粗粉砕し、さらに１１００〜１３００℃で加熱し、冷却後、すりもみ機ですりもみして、０．５ｍｍ以下の微粉末を篩処理で取り除く篩処理をし、その処理物の、粒径が５ｍｍを超え２５ｍｍ以下、比重が０．４以上１．３以下である歩留まりが１５重量％以上であることを特徴とする軽量骨材の製造方法、を提供する。
［４］画像解析で炭質物を０．０１〜３０面積％含有する砂岩、又は頁岩の含有率が３０〜９０体積％であるコンクリートガラを、粒径が、２０〜３００ｍｍとなるよう粗粉砕し、さらに１１００〜１３００℃で加熱し、冷却後、すりもみ機ですりもみして、０．５ｍｍ以下の微粉末を篩処理で取り除く篩処理をし、その処理物の、粒径が５ｍｍを超え２５ｍｍ以下、比重が０．４以上１．３以下である歩留まりが１５重量％以上であり、粒径が０．５ｍｍを超え５ｍｍ以下、比重が０．６以上１．７以下である歩留まりが１５重量％以上である骨材を同時に製造することを特徴とする軽量骨材の製造方法、を提供する。
【００１５】
本発明の軽量骨材の製造方法は、コンクリートガラを加熱して軽量骨材を製造するものである。原料とするコンクリートガラとしては、ビル、橋、道路などのコンクリート構造物を解体する際に発生する廃棄物であるコンクリートガラであれば良い。また、コンクリートガラに、解体時の砂、土壌が付着していても良い。
【００１６】
また、本発明においてコンクリートガラを用いるに際し、粉砕装置による破砕・磨砕処理を行う。破砕・磨砕処理に用いる装置としては、一般にインペラブレーカーやジョークラッシャー、インパクトクラッシャーなどが挙げられる。これらの乾式の粉砕装置によって破砕・磨砕を行い、その後振動篩いや風篩いによる篩い分けを行う。コンクリートガラに混入している鉄筋金属類は、磁力選別機によって除去した。
【００１７】
本発明の軽量骨材の製造方法に用いられるコンクリートガラは、その中に砂岩、頁岩を含むものが好ましい。ともに、石英、長石の鉱物を粘土が基質として埋める組成、構造である。砂岩は、基質が１０％より少ないものをアレナイト（ａｒｅｎｉｔｅ）、多いものをワッケ（ｗａｃｋｅ）とすると、ワッケが好ましい。頁岩は、基質が多く、その含有量が多いとコンクリートがフレーキングを起こしやすいとされ、粗骨材として多量に含まれることは少ない。しかし、軽量骨材としての再生利用には好都合となる。
【００１８】
砂岩は、炭質物を、画像解析で０．０１〜３０面積％含有することが、より好ましい。０．０１面積％以下の砂岩では、軽量骨材のためのガス発生が不十分であり、３０面積％以上の砂岩では、ガスの発生量が過大であり、骨材の強度が不十分となる傾向がある。粘土分の基質に鉄分が多いと、これが還元されて、酸素が放出され、軽量化のためのガス発生の可能性があり、軽量骨材の生成には好ましい。例えば炭質物の含有量は、図１に示されるように、石墨の炭質物質は、画像解析で定量できる。石墨の炭質部分の面積％の定量は、偏光顕微鏡の単ニコルでの観察で炭質部分を特定し、特定部の黒色部分の面積を画像の全体面積で除した数値（面積％）とすることで定量できた。典型的な炭質物質は、楕円で囲んでその位置を示した。
【００１９】
炭質部は、化学分析でも定量可能である。例えば、砂岩の試料粉末10〜30g を300ml テフロンビーカに入れ、ドラフト中で3N-塩酸 10ml で湿し、蒸留水と濃フッ酸を各試料重量の５倍量ずつ加える。この操作により珪酸塩鉱物は分解され、SiF4が揮散する。6N-塩酸を試料重量と量加え、再度乾固させる．この操作を2回繰り返す。この操作は難溶性のフッ化物を溶解度の高い塩化物に変えるために必要である。3N-塩酸 200ml を加え、ホットプレートで１時間暖めた後、超音波洗浄機に10分かけ、ビーカの底に付着している試料を溶液中に拡散させる。全量を300ml ガラスビーカに移し、3N-塩酸 100ml を加え、完全に溶解させる．液量が2割以上減らないよう、この間蒸留水を補給する。完全に溶解すると黄色の透明な溶液中に黒色コロイド状の炭質物のふわふわとした固まりが浮遊した状態となる。冷ましながら炭質物を沈殿させ、濾過して、取り出して乾燥後秤量する。この方法で得られた炭質部の重量％と画像解析による面積％とは、良い相関があった。
【００２０】
コンクリートガラ材料の一部を、骨材再生用機械式すりもみ装置を用いてモルタル分と骨材に分離し、骨材体積からコンクリートガラ材料中の岩石含有率を求めた。この岩石を偏向顕微鏡観察して、砂岩と特定されたものについては、前記画像解析で、炭質物の含有率を測定した。炭質物の含有率によって、本願発明で使用できる砂岩を分別した。次いで前記砂岩と頁岩の合計重量を、画像解析データを参考に、重量測定して算出した。頁岩は、炭質物の有無を問わず、すべてをカウントすることができる。
【００２１】
鉄筋金属類を除去した後のコンクリートガラ中の砂岩又は頁岩の含有率は、３０〜９０体積％、より好ましくは４０〜９０体積％である。砂岩又は頁岩の含有率が３０体積％未満では、軽量骨材の歩留まりが低下するので好ましくない。さらに、４０体積％以上あれば、軽量細骨材の歩留まりを３０重量％以上、軽量粗骨材の歩留まりを３０重量％以上とすることができる。一方、砂岩又は頁岩の含有率が９０体積％を超えるコンクリートガラは入手が困難である。ここで、軽量骨材の歩留まりとは、コンクリートガラを加熱した後生成される、生成物中の軽量骨材（比重１．３以下の粗骨材または比重１．７以下の細骨材をいう。）の割合を重量％で表したものである。
【００２２】
本発明の軽量骨材の製造方法に用いられるコンクリートガラの平均粒径は、２０ｍｍ以上が好ましい。２０ｍｍ未満としても、破砕に必要とされるエネルギーが増加する。コンクリートガラの粒径の上限は、特に限定されないが、ハンドリングの面からも通常は３００ｍｍ程度である。
【００２３】
本発明において、破砕後のコンクリートガラを加熱する装置としては、ロータリーキルンが好適に用いられる。加熱温度は、好ましくは１０００〜１３００℃、より好ましくは１１００〜１３００℃である。１０００℃未満では、軽量骨材の歩留まりが低下するので好ましくない。砂岩又は、頁岩の発泡を促進するためには、１１００℃以上であることが有利である。また１３００℃を超えると、軽量骨材が一部溶融して、良質な軽量骨材が得られない。コンクリートガラを加熱する際の１０００〜１３００℃での滞留時間は２分間以上２０分以下であることが好ましい。この温度、この滞留時間であれば、コンクリートガラでは、セメントモルタル部分が砂岩の表面にわずかに付着していても、溶融による相互の融着がなく、発泡が容易となり、軽量化が進行する。この滞留時間の上限は特に限定されないが、焼成のコストの観点から、通常２０分間以下である。
【００２４】
コンクリートガラを加熱した後の生成物は、軽量骨材と水硬性組成物微粉末の混合物である。この混合物を、篩いで軽量骨材と、水硬性組成物微粉末に分離する。篩による分離の前にすりもみをしても良い。また、分離した軽量骨材を、さらに篩いを用いて粒径が５ｍｍを超え２５ｍｍ以下の粗骨材と、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の細骨材に分級しても良い。軽量骨材の歩留まりは３０〜９０重量％とすることができる。歩留まりが３０重量％未満では、軽量骨材の製造コストが増加するため好ましくない。また、歩留まりが９０重量％を超えるものは製造が困難である。コンクリートガラを加熱した後の生成物中の、水硬性組成物微粉末の含有率は７０重量％〜１０重量％である。
【００２５】
上記軽量骨材は、上記製造の結果、（ａ）粒径が５ｍｍを超え２５ｍｍ以下、比重が０．４以上１．３以下（好ましくは０．４以上１．０以下）である骨材、（ｂ）粒径が０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下、比重が０．６以上１．７以下（好ましくは０．４以上１．５以下、さらに好ましくは０．４以上１．４以下）である骨材と、水硬性微粉末が得られた。上記骨材（ａ）の比重が０．４未満では、このような骨材の製造が困難となり、一方、該比重が１．３を超えると、骨材としてコンクリート組成物に用いた際のコンクリート組成物の軽量性が不十分になることがある。上記骨材（ｂ）の比重が０．６未満であると、このような骨材の製造が困難となり、一方、該比重が１．７を超えると、骨材としてコンクリート組成物に用いた際のコンクリート組成物の軽量性が不十分になることがある。本発明において製造した骨材（ａ）と骨材（ｂ）は、両方を使用した形態であるコンクリートと、骨材（ｂ）のみを用いた形態であるモルタルのいずれについても好適に用いることができる。
【００２６】
上記骨材（ａ）と上記骨材（ｂ）の割合は、上記骨材（ａ）が４０〜６０重量％、上記骨材（ｂ）が６０〜４０重量％となる。上記骨材（ａ）と上記骨材（ｂ）は、それぞれ単独で、あるいは所定割合で混合して出荷、コンクリート組成物の製造に供される。軽量骨材は、出荷に際し必要に応じて含水の処理を行っても良い。
【００２７】
コンクリートガラを加熱、篩いで分離して得られる水硬性組成物微粉末は、全体の１２重量％となった。この水硬性組成物微粉末は、セメント調合原料や、セメント混和材に用いられる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の軽量骨材の製造方法によれば、ビルの構造物の解体により発生する廃棄物であるコンクリートガラを有効に利用でき、軽量骨材を得ることができる。また、従来の軽量骨材の製造方法と異なり、軽量骨材の原料となる膨張性頁岩を用いないので、膨張性頁岩の資源の枯渇の問題は生じない。また本発明の軽量骨材の製造方法によれば、軽量骨材と水硬性組成物微粉末を得ることができ、かつ高い歩留まりで軽量骨材が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本願発明に用いるコンクリートガラ原料中の砂岩の偏光顕微鏡写真（４００倍）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。
［材料の準備］
コンクリート建築物であるビルを解体して発生したコンクリートガラを、まず原石ホッパーに貯留した。コンクリートガラは、その大きさが３００ｍｍ〜６００ｍｍ程度のものであり、鉄筋などの不純物も混入していた。破砕機に入らない大型鉄筋の不純物を取り除いた後、原石ホッパーに貯留されたコンクリートガラは、続いてジョークラッシャー（寸法２５０ｍｍ×１８０ｍｍ、３００ｒｐｍ、１０馬力）に投入し、破砕した。これにより、コンクリートガラは２０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の大きさにまで破砕した。その後、コンクリートガラはベルトコンベアにより運ばれる過程で、磁力選別機により鉄筋などの鉄分を除去した（以下コンクリートガラ材料と記す）。
【００３１】
［実施例１］
コンクリートガラ材料の一部を、骨材再生用機械式すりもみ装置を用いてモルタル分と骨材に分離し、骨材体積からコンクリートガラ材料中の砂岩含有率を求めたところ、９０体積％であった。砂岩中の炭質物を画像解析で定量したところ、２．０面積％であった。このコンクリートガラ材料２００ｋｇを、ロータリーキルンに投入し、１１５０℃で滞留時間２分、酸素濃度１０％で加熱した。加熱により、骨材と水硬性組成物微粉末の混合物が得られた。得られた混合物を機械式すりもみ装置を用いてすりもみした後、篩いを用いて骨材と水硬性組成物微粉末とを分離した。すりもみは、ロサンゼルス試験機（６００ｍｍ×６５０ｍｍリフター設置）を用いて行った。得られた骨材を、さらに篩いを用いて粒径が５ｍｍを超え２５ｍｍ以下のもの（骨材（ａ））と、粒径が０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下のもの（骨材（ｂ））に分離した。
【００３２】
骨材（ａ）の比重を、ＪＩＳ Ａ１１１０に準ずる方法で測定したところ、比重は０．８であった。同様に骨材（ｂ）の比重を、ＪＩＳ
Ａ１１１０に準ずる方法で測定したところ、比重は１．１であった。加熱により得られた、骨材と水硬性組成物微粉末の混合物の重量全体に占める骨材（ａ）と骨材（ｂ）の割合は７５重量％（軽量骨材歩留まり７５％）であった。
【００３３】
［実施例２］
コンクリートガラ材料中の頁岩含有率を５０体積％とし、ロータリーキルンでの加熱温度を、１１８０℃で、滞留時間１０分とした以外は、実施例１と同様の方法及び手段で、骨材（ａ）と骨材（ｂ）の比重、軽量骨材歩留まりを測定した。その結果、骨材（ａ）の比重は０．７、骨材（ｂ）の比重は１．０であった。また、軽量骨材歩留まりは４５重量％（骨材（ａ）２５重量％、骨材（ｂ）２０重量％）であった。
【００３４】
［比較例１］
コンクリートガラ材料中の砂岩含有率を２０体積％とした以外は、実施例１と同様の方法及び手段で、骨材（ａ）と骨材（ｂ）の比重、軽量骨材歩留まりを測定した。その結果、骨材（ａ）の比重は０．８、骨材（ｂ）の比重は１．１であった。また、軽量骨材歩留まりは１５重量％（骨材（ａ）８重量％、骨材（ｂ）７重量％）と低い値となった。
［比較例２］
【００３５】
ロータリーキルンでの加熱温度を、８００℃とした以外は、実施例２と同様の方法及び手段で、骨材（ａ）と骨材（ｂ）の比重を測定した。その結果、骨材（ａ）の比重は２．４、骨材（ｂ）の比重は２．３であった。
［比較例３］
【００３６】
ロータリーキルンでの加熱温度を、１４００℃とした以外は、実施例２と同様の方法及び手段で、骨材と水硬性組成物微粉末の混合物を得た。混合物を観察した結果、骨材は溶融しており、良質な骨材は得られなかった。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１に、コンクリートガラ材料中の砂岩の含有率、その加熱温度、得られた骨材（ａ）、骨材（ｂ）の各比重、軽量骨材の歩留まりを纏めて示した。ここで、軽量骨材の歩留まりとは、骨材（a）と骨材（b）の歩留まりの合計（％）である。コンクリートガラ材料中の砂岩中の炭質物は、画像解析で定量したところ、２．０面積％であった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
コンクリートガラからの軽量骨材を実用的な歩留まりで製造することができ、コンクリートガラの効率的かつ高度有効利用に資するものである。
【図１】
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